【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及绳牵引并联机器人控制，具体而言，涉及基于双绳索模型的绳牵引并联机器人及其控制方法和装置。
技术介绍
1、绳牵引重载并联机器人采用多个绳驱模块，可从事飞机检测维修任务、灾后救援、码头吊装等场景。绳牵引重载并联机器人还拥有多传感器的状态监测与智能控制算法，可在恶劣环境和特种场合下执行吊载作业，其具有广阔的应用前景。此外，轻量化、模块化的多绳并联牵引结构也可以应用于社会服务的更多领域，与人类进行安全的交互与协作，实现人机共融。
2、与传统的刚性机器人相比，绳牵引重载并联机器人的优势在于结构简单、运动惯性较小、运动速度快、易于组装和拆卸等。因此，被广泛应用于物料搬运、航空航天、康复训练、工业加工等领域。
3、绳索机器人的多闭环控制通常采用pid控制，即速度环用pi控制，位置环用pd控制，但是它具有一定的局限性，针对各种不同的被控对象，随着外部环境的改变，控制器不能自适应地调整参数，控制效果相对较差。
4、此外，pid控制对于模型不做要求，以及通过误差反馈来消除误差，会造成初始控制力太大而使系统行为出现超调。因而过程中会并不能真实地反映末端执行器的运动控制状态，控制精度会下降很多。
5、有鉴于此，申请人在研究了现有的技术后特提出本申请。
技术实现思路
1、本专利技术提供了基于双绳索模型的绳牵引并联机器人及其控制方法和装置，以改善上述技术问题中的至少一个。
2、第一方面、本专利技术实施例提供了基于双绳索模型的绳牵引并联机
3、所述动力组件包括电机、接合于所述电机的卷扬机、支撑柱、接合于所述支撑柱的导向滑轮、两端分别接合于所述搬运组件和所述卷扬机的绳索。所述导向滑轮用以支撑所述绳索。
4、所述控制组件电连接于所述电机，用以控制所述电机转动。所述控制组件包括存储器和处理器，所述处理器被配置为执行所述存储器的计算机程序，以实现步骤s01至步骤s08。
5、s01、获取搬运组件的期望轨迹。
6、s02、根据所述期望轨迹，获取动力组件的绳索的末端的坐标。
7、s03、根据所述绳索的末端的坐标、导向滑轮的中心点和入绳点的坐标，以及导向滑轮的半径，通过滑轮—绳索模型，获取绳索接合在导向滑轮上的长度。
8、s04、根据所述绳索的末端的坐标，通过悬链线模型，获取导向滑轮到负载平台之间的绳索的悬链线长度。
9、s05、根据所述绳索接合在导向滑轮上的长度和所述导向滑轮到负载平台之间的绳索的悬链线长度，获取绳索的期望长度。其中，，式中，为卷扬机输出端到导向滑轮之间的绳索的长度。
10、s06、根据所述绳索的期望长度，获取电机的期望转速。
11、s07、获取所述电机的实际转速。
12、s08、根据所述期望转速和所述实际转速，通过pd控制方法进行速度的闭环控制。其中，速度闭环控制的pd控制模型为：，式中，为电机转速补偿、为比例参数、为期望转速和实际转速的差值、为积分参数、表示对时间进行微分、为电机的期望转速、为电机的实际转速、为期望转速和实际转速的差值。
13、第二方面、本专利技术实施例提供了基于双绳索模型的绳牵引并联机器人的控制方法，其包含步骤s01至步骤s08。
14、s01、获取搬运组件的期望轨迹。
15、s02、根据所述期望轨迹，获取动力组件的绳索的末端的坐标。
16、s03、根据所述绳索的末端的坐标、导向滑轮的中心点和入绳点的坐标，以及导向滑轮的半径，通过滑轮—绳索模型，获取绳索接合在导向滑轮上的长度。
17、s04、根据所述绳索的末端的坐标，通过悬链线模型，获取导向滑轮到负载平台之间的绳索的悬链线长度。
18、s05、根据所述绳索接合在导向滑轮上的长度和所述导向滑轮到负载平台之间的绳索的悬链线长度，获取绳索的期望长度。其中，，式中，为卷扬机输出端到导向滑轮之间的绳索的长度。
19、s06、根据所述绳索的期望长度，获取电机的期望转速。
20、s07、获取所述电机的实际转速。
21、s08、根据所述期望转速和所述实际转速，通过pd控制方法进行速度的闭环控制。其中，速度闭环控制的pd控制模型为：，式中，为电机转速补偿、为比例参数、为期望转速和实际转速的差值、为积分参数、表示对时间进行微分、为电机的期望转速、为电机的实际转速、为期望转速和实际转速的差值。
22、第三方面、本专利技术实施例提供了基于双绳索模型的绳牵引并联机器人的控制装置，其包含轨迹获取模块、坐标获取模块、第一长度获取模块、第二长度获取模块、第三长度模块、期望转速获取模块、实际转速获取模块，以及速度控制模块。
23、轨迹获取模块，用于获取搬运组件的期望轨迹。
24、坐标获取模块，用于根据所述期望轨迹，获取动力组件的绳索的末端的坐标。
25、第一长度获取模块，用于根据所述绳索的末端的坐标、导向滑轮的中心点和入绳点的坐标，以及导向滑轮的半径，通过滑轮—绳索模型，获取绳索接合在导向滑轮上的长度。
26、第二长度获取模块，用于根据所述绳索的末端的坐标，通过悬链线模型，获取导向滑轮到负载平台之间的绳索的悬链线长度。
27、第三长度模块，用于根据所述绳索接合在导向滑轮上的长度和所述导向滑轮到负载平台之间的绳索的悬链线长度，获取绳索的期望长度。其中，，式中，为卷扬机输出端到导向滑轮之间的绳索的长度。
28、期望转速获取模块，用于根据所述绳索的期望长度，获取电机的期望转速。
29、实际转速获取模块，用于获取所述电机的实际转速。
30、速度控制模块，用于根据所述期望转速和所述实际转速，通过pd控制方法进行速度的闭环控制。其中，速度闭环控制的pd控制模型为：，式中，为电机转速补偿、为比例参数、为期望转速和实际转速的差值、为积分参数、表示对时间进行微分、为电机的期望转速、为电机的实际转速、为期望转速和实际转速的差值。
31、通过采用上述技术方案，本专利技术可以取得以下技术效果：
32、本专利技术实施例的基于双绳索模型的绳牵引并联机器人的控制方法加入滑轮-绳索模型和悬链线模型，考虑了绳索下垂和滑轮机构的影响，提高点对点模型的控制精度。通过将运动学模型精确化，不仅从结构设计上减小误差，还从控制系统方面提高了控制精度，可以处理参数的不确定性，具有很强的鲁棒性，并且具有动态快速调整的功能。
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1.基于双绳索模型的绳牵引并联机器人，其特征在于，包含：控制组件、搬运组件和至少两个动力组件；所述搬运组件用以和负载接合，以在动力组件的驱动下能够带动负载移动；
2.根据权利要求1所述的基于双绳索模型的绳牵引并联机器人，其特征在于，所述绳牵引并联机器人还包括定位系统；所述控制组件通讯连接于所述定位系统，用以通过所述定位系统获取所述搬运组件的实际位置；
3.根据权利要求1所述的基于双绳索模型的绳牵引并联机器人，其特征在于，所述滑轮—绳索模型为：
4.根据权利要求3所述的基于双绳索模型的绳牵引并联机器人，其特征在于，滑轮—绳索模型以导向滑轮朝向入绳点一侧的水平端点作为入绳点，则： ，式中，为入绳角、为导向滑轮的半径、为导向滑轮的中心点到绳索的末端的距离、为导向滑轮朝向入绳点一侧的水平端点到绳索的末端的距离。
5.根据权利要求1所述的基于双绳索模型的绳牵引并联机器人，其特征在于，所述悬链线模型为：
6.根据权利要求1至5任意一项所述的基于双绳索模型的绳牵引并联机器人，其特征在于，根据所述绳索的期望长度，获取电机的期望转速，具体
7.基于双绳索模型的绳牵引并联机器人的控制方法，其特征在于，包含：
8.基于双绳索模型的绳牵引并联机器人的控制装置，其特征在于，包含：
...【技术特征摘要】
1.基于双绳索模型的绳牵引并联机器人，其特征在于，包含：控制组件、搬运组件和至少两个动力组件；所述搬运组件用以和负载接合，以在动力组件的驱动下能够带动负载移动；
2.根据权利要求1所述的基于双绳索模型的绳牵引并联机器人，其特征在于，所述绳牵引并联机器人还包括定位系统；所述控制组件通讯连接于所述定位系统，用以通过所述定位系统获取所述搬运组件的实际位置；
3.根据权利要求1所述的基于双绳索模型的绳牵引并联机器人，其特征在于，所述滑轮—绳索模型为：
4.根据权利要求3所述的基于双绳索模型的绳牵引并联机器人，其特征在于，滑轮—绳索模型以导向滑轮朝...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭怡红，李钟慎，缪骋，林添良，付胜杰，黄琪琛，李芊芊，胡鑫海，李玉坤，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：
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